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Biofísica cap 3 Conducción y transmisión del potencial de acción
Conducción y transmisión del potencial de acción: Si se aplica un estímulo umbral a una célula excitable, se produce un potencial de acción. La conducción del potencial de acción se refiere a su propagación a porciones vecinas de la célula. El proceso de transmisión por otra parte implica el paso del potencial de acción de una célula a otra.
Conducción: La conducción del potencial de acción requiere de la acción coordinada de dos formas de flujo de corriente. El flujo pasivo de corriente y las corrientes activas que fluyen a través de los canales voltajes dependientes.
Flujo pasivo: El flujo pasivo de corriente en los axones es pobre porque la resistencia que ofrece el axoplasma al flujo de corriente es alta y además porque constantemente a través de la membrana hay fuga de cargas positivas hacia el exterior (canales pasivos de potasio).
Corrientes activas: Las corrientes activas dependen de la aplicación de un estímulo umbral al axón y la activación de canales de sodio y potasio voltaje dependientes.
Tipos de Conducción
a- Por circuitos locales. Como consecuencia de la aplicación de un estímulo umbral se produce un circuito local de flujo de corriente activa entre las zonas de la membrana despolarizadas y las que se encuentran en reposo. Este circuito local de flujo de corriente activa se debe a la apertura de canales de sodio y potasio voltaje dependientes responsables del potencial de acción nervioso.
En el punto que se aplicó el estímulo umbral, se alcanzó el potencial umbral y se desencadenó el potencial de acción es decir fluyen corrientes positivas hacia el interior de la célula (entrada de sodio) que despolarizan regiones adyacentes de la membrana del axón. Estas regiones recientemente despolarizadas producen a su vez circuitos locales de flujo de corriente en otras zonas a lo largo de la membrana causando progresivamente más y más despolarización.
El proceso de repolarización (inactivación de la entrada de sodio y aumento de la salida de potasio) se propaga en el mismo sentido que la despolarización, pero unos milisegundos después.
Este tipo de conducción es típica de las fibras musculares y amielínicas y depende fundamentalmente de la integridad de los canales de sodio y potasio voltaje dependientes.
b- Saltatoria. Rodeando al axón hay una vaina de mielina que está interrumpida aproximadamente a cada mm en sitios denominados nodos de Ranvier. Los iones no pueden atravesar la vaina de mielina ya que esta es un poderoso aislante, pero si pueden atravesar en los nodos de Ranvier en donde no hay mielina y la densidad de los canales de sodio voltaje dependiente es mayor. En las regiones internodales y debajo de la vaina de mielina hay una cantidad escasa de canales de potasio-voltajes dependientes.
Los potenciales de acción son conducidos a lo largo de una fibra mielinizada por la llamada conducción saltatoria que consiste en que, si el primer nodo de Ranvier experimenta despolarización, la corriente se propaga (a través de los líquidos extracelulares que rodean por fuera de la vaina de mielina y también a través del axoplasma) hasta el segundo nodo de Ranvier y lo despolariza.
La conducción saltatoria es de gran valor para las fibras por las siguientes razones: ● Ya que la despolarización salta intervalos largos en el trayecto de la fibra nerviosa ese mecanismo aumenta la velocidad de conducción de las fibras nerviosas. ● Este tipo de conducción conserva energía en el axón. ● Ya que la densidad de los canales de sodio es mayor en los nodos, se realiza casi exclusivamente por los cambios de secuenciales (activación, inactivación) de los canales de sodio, con poca contribución de los canales de potasio.
c- Conducción bidireccional, ortodrómica y antidrómica:
Cuando se estimula el punto medio de un axón, el potencial de acción puede propagarse en ambas direcciones debido a la presencia de canales de sodio y potasio dependientes de voltaje a lo largo del axón, lo que se conoce como conducción bidireccional. En el caso de una neurona motora, esta conducción puede ir tanto hacia la terminal sináptica como hacia el cuerpo celular. Sin embargo, en el cuerpo celular no suele generarse un nuevo potencial de acción porque hay pocos canales de voltaje dependientes y el umbral de excitabilidad es alto. La conducción que va hacia la terminal sináptica se llama ortodrómica y permite la liberación de neurotransmisores, mientras que la que va hacia el soma se denomina antidrómica.
3.1.2-Factores que determinan la velocidad de conducción nerviosa.
a- Diámetro de la fibra. Cuanto mayor sea el diámetro de la fibra a mayor velocidad puede conducirse el potencial de acción.
b- Grado de mielinización. Mientras más gruesa sea la vaina de mielina, con mayor velocidad se puede conducir un potencial de acción.
c- Distancia internodal. Equivale a la distancia entre los nodos de Ranvier. Mientras mayor sea esta distancia, más rápido se conducirá el potencial de acción.
3.2.3.- Eventos fisiológicos a nivel de la sinapsis. a- Eventos de la membrana presináptica: Las moléculas del neurotransmisor una vez sintetizadas se almacenan en vesículas localizadas en la terminal presináptica. La llegada del potencial de acción a la terminal presináptica la despolariza y activa canales de calcio voltaje dependientes. La entrada de calcio a la terminal presináptica provoca la liberación del neurotransmisor de las vesículas por exocitosis.
La secuencia de eventos de la membrana presináptica que trae como consecuencia la liberación del neurotransmisor es la siguiente: ● Despolarización de la terminal nerviosa (neurona presináptica) debido a la llegada del potencial de acción. ● Apertura de canales de calcio voltaje dependientes en la neurona presináptica. y entrada de calcio a la terminal presináptica. ● Unión del calcio a la Calcio-calmodulina Il y activación de la Proteina kinasa que se encuentran en el citoplasma de la neurona presináptica. ● Fosforilación de la Sinapsina I, por la proteína kinasa. La Sinapsina I presentó en la superficie de la membrana de la vesícula es la proteina que une la membrana de la vesícula con el citoesqueleto. ● Movilización de la vesícula hacia la membrana presináptica debido a que la fosforilación de la Sinapsina I libera energia que promueve el movimiento de la vesícula hacia un punto de la membrana presináptica. El movimiento de la vesícula es posible debido a que esta utiliza al citoesqueleto del citoplasma como un riel.
-Acoplamiento de la membrana de la vesícula a la membrana presináptica. Para que se lleve a cabo este paso es necesaria la participación de tres tipos de proteínas:
● Proteínas de enlace de la vesícula : (V-snare) o Sinaptobrevina (VAMP) o Sinaptotagmina (P65) ● Proteínas de enlace presentes en la membrana presináptica : (T-snare) o Neurexina o SNAP-25. o Sintaxina (que se encuentra inactivada por la Munc18 que al translocarse por Munc 31-1, la activa) ● Proteínas del citoplasma : necesarias para que una vesícula se fije a un sitio definido de la membrana presináptica. o N- etil-malemida sensible a la fusión (NSF) o Proteína soluble de fijación a la NSF (SNAP)
-Una vez que ha ocurrido el acoplamiento de la membrana de la vesícula con la membrana presináptica utilizando los tres juegos de proteínas, ocurre la fusión de incluidas membranas. En este paso es importante la proteína GTPasa Rab. Esta proteína en su forma de GTPasa colabora con la fusión pero una vez que se hidroliza a GDPasa finaliza la fusión y sale del complejo de acoplamiento y participa en el proceso de reciclaje de la vesícula.
-Apertura de un poro y liberación del neurotransmisor por exocitosis.
-El reciclaje de la vesícula comienza cuando las proteínas de citoplasma NSF y SNAP desacoplan el complejo V-snare y T-snare para que puedan ser reutilizadas. La membrana de la vesícula se vuelve a formar y se recubre con clatrina.
b- Rutas del neurotransmisor liberado: (Figura 3.8) Una vez liberado el neurotransmisor al espacio sináptico éste puede seguir varias rutas: b.1 -Unirse a receptores en la membrana post-sináptica. b.2 -Unirse a receptores en la membrana presináptica. b.3 -Difundirse al espacio extracelular. b.4 -Ser desnaturalizado por enzimas en el espacio sináptico. b.5 -Ser recapturado activamente por la terminal presináptica
c- Eventos en la membrana post-sináptica: El tipo de respuesta post-sináptica producida por un transmisor va a dependiente del tipo de canal iónico que se activa por la unión del transmisor al receptor en la membrana post-sináptica.
c-1-PPSE: Potencial Post-sináptico excitador El potencial post-sináptico excitador es una potencia local de hipopolarización. Se desarrolla en la neurona postsináptica cuando el neurotransmisor se une al receptor y se abren canales que aumentan la permeabilidad al sodio y potasio. En este caso la neurona postsináptica se hipopolariza, es decir su potencial de estado estacionario disminuye (alcanza un valor menos negativo) y se encuentra más cerca del umbral. Si la suma de estos potenciales alcanza el potencial umbral se dispara un potencial de acción que se conduce en la célula post-sináptica.
3.2.4- Unión Neuromuscular. La unión entre el botón terminal de una fibra mielinica y una fibra del músculo esquelético es lo que se conoce como Unión Neuromuscular. Cuando el cilindroeje que inerva una fibra muscular esquelética llega a su terminación pierde su vaina de mielina, se divide en botones terminales los cuales poseen muchas vesículas pequeñas que poseen el neurotransmisor (aceticolina).
Las terminaciones encajan en depresiones dentro de la placa motora, porción engrosada de la membrana muscular de la sinapsis. Debajo de la terminación nerviosa la membrana muscular se dobla en pliegues lo que se conoce como la palizada. El espacio entre la fibra nerviosa y la membrana muscular engrosada es el espacio sináptico
-Cuando el potencial de acción llega a la terminación de la motoneurona, se abren canales de calcio voltaje dependientes, lo que permite la entrada de calcio y desencadena la liberación de acetilcolina en la unión neuromuscular. Esta se une a los receptores nicotínicos en la placa motora, formados por cinco subunidades (en adultos, la delta es reemplazada por épsilon), y al unirse dos moléculas
● Inhibición presináptica Este tipo de inhibición se observa en las sinapsis de tipo axo-axónicas. En la sinapsis axoaxónica, el axón libera a GABA como neurotransmisor y se activan receptores A de GABA en el axón cuya terminal hace sinapsis con la unión neuromuscular. Al activarse los receptores GABAA, se abren canales de cloro que hiperpolarizan al axón que normalmente libera un neurotransmisor excitador en la unión neuromuscular. Esto trae como consecuencia que el axón excitador libere menos neurotransmisor en su sinapsis con la fibra muscular la cual no alcanza el umbral y no desencadena el potencial de acción. De esta forma la inhibición no ocurre directamente en la sinapsis del axón presináptico excitador con la unión neuromuscular sino en un sitio previo a esta sinapsis.
